【導(dǎo)讀】制領(lǐng)域內(nèi)得到十分廣泛地應(yīng)用。PLC是一種基于數(shù)字計算機技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境。下應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，的功能，來控制各種類型的機電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過程。本文介紹了利用可編程?？刂破骶帉懙囊粋€五層電梯的控制系統(tǒng)，檢驗電梯PLC控制系統(tǒng)的運行情況。測，具有良好的應(yīng)用價值。電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。在現(xiàn)代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運輸。據(jù)統(tǒng)計，美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現(xiàn)，繼而有在英國。出現(xiàn)名副其實的電梯，并使電梯趨于實用化。1962年美國出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高。硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動系統(tǒng)筒化，性能提高。殘疾人的輪椅，童車及家具等乘坐。不允許人員進(jìn)入電梯。此種電梯結(jié)構(gòu)簡單，操縱按鈕在廳門外側(cè)，無乘人必備的

　　

【正文】 為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動及制動段的轉(zhuǎn)折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即 +ρ m跳變到 ρ m或由ρ m 跳變到 +ρ m的加速度變化率，故很少采用，因梯 形曲線容易實現(xiàn)并且有良好加速度變化率頻繁指標(biāo)，故被廣泛采用，采用梯形加速度曲線電梯的理想運行曲線如圖 31所示 。 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 34 頁 智能變頻器是為電梯的靈活調(diào)速、控制及高精度平層等要求而專門設(shè)計的電梯專用變頻器，可配用通用的三相異步電動機，并具有智能化軟件、標(biāo)準(zhǔn)接口、菜單提示、輸入電梯曲線及其它關(guān)鍵參數(shù)等功能。其具有調(diào)試方便快捷，而且能自動實現(xiàn)單多層功能，并具有自動優(yōu)化減速曲線的功能，由其組成的調(diào)速系統(tǒng)的爬行時間少，平層距離短，不論是雙繞組電動機，還是單繞組電動機均可適用，其最高設(shè)計速度可達(dá) 4m/s，其獨特的電腦監(jiān)控軟件 ，可選擇串行接口實現(xiàn)輸入 /輸出信號的無觸點控制。變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當(dāng)變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值，啟動電動機，達(dá)到最大速度后，勻速運行，在到達(dá)目的層的減速點時，控制器發(fā)出切斷高速度信號，變頻器以設(shè)定的減速度將最大速度減至爬行速度，在減速運行過程中，變頻器的能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運行，使低速爬行時間縮短至 ，在電梯的平層過程中變頻器通過調(diào)整平層速度或制動斜坡來調(diào)整平層精度。即當(dāng)電梯停得太早時，變頻器增大低速 度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置 4— 10cm 時，有平層開關(guān)自動斷開低速信號，系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層，從而達(dá)到平層的準(zhǔn)確可靠。 ① 電梯速度曲線：電梯運行的舒適性取決于其運行過程中加速度 a 和加速度變化率 p 的大小，過大的加速度或加速度變化率會造成乘客的不適感。同時，為保證電梯的運行效率， a、 p的值不宜過小。能保證 a、 p 最佳取值的電梯運行曲線稱為電梯的理想運行曲線。電梯運行的理想曲線應(yīng)是拋物線 直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過程由拋 物線和直線構(gòu)成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實際的運行曲線。 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 ② 速度曲線產(chǎn)生方法：采用的 FX264MRPLC，并考慮輸入輸出點要求增加了FX8EYT、 FX16EYR、 FX8EYR 三個擴展模塊和 FX240AW 雙絞線通信適配器，F(xiàn)X240AW 用于系統(tǒng)串行通信。利用 PLC 擴展功能模塊 D/A 模塊實現(xiàn)速度理想曲線輸出，事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入 PLC 寄存器，程序運行時，通過查表方式寫入 D/A，由 D/A 轉(zhuǎn)換成模擬量后將速度理想曲線輸出。 ③ 加 速給定曲線的產(chǎn)生： 8位 D/A 輸出 0～ 5V/0～ 10V，對應(yīng)數(shù)字值為 16 進(jìn)制數(shù) 00～ FF，共 255 級。若電梯加速時間在 ～ 3秒之間。按保守值計算，電梯加速過程中每次查表的時間間隔不宜超過 10ms。由于電梯邏輯控制部分程序最大，而 PLC 運行采用周期掃描機制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令時間間隔過長，不能滿足給定曲線的精度要求。在 PLC 運行過程中，其 CPU 與各設(shè)備之間的信息交換、用戶程序的執(zhí)行、信號采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行的，每個循環(huán)都要對所有功能進(jìn)行查詢、判斷 和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個掃描周期，基本要完成六個步驟的工作，包括運行監(jiān)視、與編程器交換信息、與數(shù)字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執(zhí)行用戶程序和輸入輸出接口服務(wù)等。在一個周期內(nèi)， CPU 對整個用戶程序只執(zhí)行一遍。這種機制有其方便的一面，但實時性差。過長的掃描時間，直接影響系統(tǒng)對信號響應(yīng)的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短 CPU的周期掃描時間是一個很復(fù)雜的問題。一般只能從用戶程序執(zhí)行時間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時間已超過 10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時間 的辦法，但仍無法將掃描時間降到 10ms 以下。同時，制動段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應(yīng)時間也不宜超過 10ms。為滿足系統(tǒng)的實時性要求，在速度曲線的產(chǎn)生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了 PLC 掃描機制的限制。起動加速運行由定周期中斷服務(wù)程序完成。這種中斷不能由程序進(jìn)行開關(guān)，一旦設(shè) 定，就一直按設(shè)定時間間隔循環(huán)中斷，所以，起動運行條件需放在中斷服務(wù)程序中，在不滿足運行條件時，中斷即返回。 ④ 減速制動曲線的產(chǎn)生：為保證制動過程的完成，需在主程序中進(jìn)行制動條件判斷和減速點確定。 在減速點確定之前，電梯一直處于加速或穩(wěn)速運行過程中。加速過程由固定周期中斷完成，加速到對應(yīng)模式的最大值之后，加速程序運行條河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 件不再滿足，每次中斷后，不再執(zhí)行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對應(yīng)模式的最大值運行，在該模式減速點到后，產(chǎn)生高速計數(shù)中斷，執(zhí)行減速服務(wù)程序。在該中斷服務(wù)程序中修改計數(shù)器設(shè)定值的條件，保證下次中斷執(zhí)行。在 PLC 的內(nèi)部寄存器中，減速曲線表的數(shù)值由大到小排列，每次中斷都執(zhí)行一次“表指針加 1”操作，則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門區(qū)和平層區(qū)的判斷均由外部信號給出，以保證減速過程的 可靠性。 電梯控制系統(tǒng)特性 在電梯運行曲線中的啟動段是關(guān)系到電梯運行舒適感指標(biāo)的主要環(huán)節(jié)，而舒適感又與加速度直接相關(guān)，根據(jù)控制理論，要使某個量按預(yù)定規(guī)律變化必須對其進(jìn)行直接控制，對于電梯控制系統(tǒng)來說，要使加速度按理想曲線變化就必須采用加速度反饋，根據(jù)電動機的力矩方程式 :M— MZ=Δ M=J（ dn/dt），可見加速度的變化率反映了系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)距的變化，控制加速度就控制系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)距Δ M=M— MZ。故在此段采用加速度的時間控制原則，當(dāng)啟動上升段速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的 90%時，將系統(tǒng)由加速度控制切換到速度控制，因為 在穩(wěn)速段，速度為恒值控制波動較小，加速度變化不大，且采用速度閉環(huán)控制可以使穩(wěn)態(tài)速度保持一定的精度，為制動段的精確平層創(chuàng)造條件。在系統(tǒng)的速度上升段和穩(wěn)速段雖都采用 PI調(diào)節(jié)器控制，但兩段的 PI參數(shù)是不同的，以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。在系統(tǒng)的制動段，即要對減速度進(jìn)行必要的控制，以保證舒適感，又要嚴(yán)格地按電梯運行的速度和距離的關(guān)系來控制，以保證平層的精度。在系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降至 120r/min 之前，為了使兩者得到兼顧，采取以加速度對時間控制為主，同時根據(jù)在每一制動距離上實際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速的偏差來修正加速度給定曲線的方法。 例如在距離平層點的某一距離 L 處，速度應(yīng)降為 Vm/s，而實際轉(zhuǎn)速高為 V′ m/s，則說明所加的制動轉(zhuǎn)距不夠，因此計算出此處的給定減速度值 ag后，使其再加上一個負(fù)偏差ε，即使此處的減速度給定值修正為 （ ag+ε）使給定減速度與實際速度負(fù)偏差加大，從而加大了制動轉(zhuǎn)距，使速度很快降到標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速降到 120r/min 以后，此時轎廂距平層只有十幾厘米，電梯的運行速度很低，為防止未到平層區(qū)就停車的現(xiàn)象河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 出現(xiàn)，以使電梯能較快地進(jìn)入平層區(qū)，在此段采用比例調(diào)節(jié)，并采用時間優(yōu)化控制，以保證電梯準(zhǔn)確及時地進(jìn)入平層區(qū)，以達(dá)到 準(zhǔn)確可靠平層。 I/O 點數(shù)及其分配 本文以五層樓電梯為例。在編程過程中，所用到的 I/O地址分配表如下，編程過程可分為電梯內(nèi)部和電梯外部兩部分進(jìn)行 表 31 I/O地址分配表 說明 對應(yīng)的 PLC 地址 說明 對應(yīng)的 PLC 地址 外部 1 層上呼叫按鈕 R101 內(nèi)部 2 層呼叫燈 RF 外部 2 層上呼叫按鈕 R102 內(nèi)部 3 層呼叫燈 R10 外部 2 層下呼叫按鈕 R103 內(nèi)部 4 層呼叫燈 R11 外部 3 層上呼叫按鈕 R104 內(nèi)部 5 層呼叫燈 R12 外部 3 層下呼叫按鈕 R105 外部 1 層上呼叫燈 Y1 外 部 4 層上呼叫按鈕 R106 外部 2 層上呼叫燈 Y2 外部 4 層下呼叫按鈕 R107 外部 2 層下呼叫燈 Y3 外部 5 層下呼叫按鈕 R108 外部 3 層上呼叫燈 Y4 1 層行程開關(guān) R109 外部 3 層下呼叫燈 Y5 2 層行程開關(guān) R10A 外部 4 層上呼叫燈 Y6 3 層行程開關(guān) R10B 外部 4 層下呼叫燈 Y7 4 層行程開關(guān) R10C 外部 5 層下呼叫燈 Y8 5 層行程開關(guān) R10D 1 層位燈 Y9 內(nèi)部 1 層呼叫按鈕 R10E 2 層位燈 YA 內(nèi)部 2 層呼叫按鈕 R10F 3 層位燈 YB 內(nèi)部 3 層呼叫 按鈕 R110 4 層位燈 YC 內(nèi)部 4 層呼叫按鈕 R111 5 層位燈 YD 內(nèi)部 5 層呼叫按鈕 R112 電梯上升 YE 開門按鈕 R113 電梯下降 YF 關(guān)門按鈕 R114 上升指示燈 Y10 開門行程開關(guān) R115 下降指示燈 Y11 關(guān)門行程開關(guān) R116 電梯開門 Y12 內(nèi)部 1 層上呼叫燈 RE 電梯關(guān)門 Y13 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 38 頁 電梯內(nèi)部 PLC 編程 ⑴ 5 層樓的內(nèi)呼叫燈 PLC 程序 電梯內(nèi)部的 5 個呼叫按鈕，指定的是電梯的運行目標(biāo)。因此，在電梯未到達(dá)指定目標(biāo)時，該 層呼叫燈一直有顯示（為綠），因此輸出時就應(yīng)該使用保持繼電器。另外，當(dāng)電梯達(dá)到指定樓層時，呼叫燈因該滅掉，即保持繼電器短開。 先以 1 層內(nèi)呼叫燈為例，所得的程序如圖 32 所示。由此可得 5 層樓內(nèi)呼叫等的 PLC 梯形圖程序如圖 33所示 。 ⑵ 電梯內(nèi)的樓層顯示器 樓層顯示器是以電梯是否碰到行程開關(guān)來決定的。顯示器同樣有保持特性。另外要替換某一顯示器的值，需要電梯接觸到其上層或下層的行程開關(guān)，程序如圖 34。 圖３ ２ １層內(nèi)呼叫程序 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 39 頁 圖 33 5層內(nèi)呼叫程序 圖 34電梯內(nèi)樓層顯示程序 ⑶ 電梯內(nèi)的電梯升降顯示器 升降顯示器的狀態(tài)工有 3 種：顯示上升，顯示下降，或都不顯示。另外，無論上升還是下降。都與電梯的呼叫有密切關(guān)系。上升包括了從第一層到第五層的上升運動。下降也是如此。因此程序應(yīng)從最基本，簡單的過程入手?，F(xiàn)以電梯從四層到第五層的上升為例。若 5 層有呼叫，包括兩種情況：電梯內(nèi)呼叫，電梯外呼叫。若電梯第 4層上行至第 5層，此時 Y10燈亮， Y11 滅，下降觸點 YF 斷開，上升觸點 YE 閉合。并列的條件還有 4 層外部上呼叫閉合， 5 層下呼叫閉合，這些河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 40 頁 條件同樣使的 4層顯示器改變，因此在編程時都要考慮。 4層升 5 層的升降顯示器PLC程序如圖 35所示 。 圖 35 4層升 5層升降顯示程序 在此基礎(chǔ)上，可得由 3層升至 5層的升降顯示器 PLC 程序如圖 36所示 。 圖 36 3層升 5層升降顯示程序 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 41 頁 由上面的分析可以看出，整個電梯上升顯示程序即是對各層的上升程序取程序塊并聯(lián)邏輯操作，電梯下降的指 示燈的程序編寫方法與上升指示燈的編寫方法也是一樣的。 由于在電梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以當(dāng)呼叫方向與電梯運行方向相同時，電梯才能停止。下面以向下呼叫停止 R201 為例說明。而上升呼叫停止 R200的編程思路與下降呼叫停止 R201 相似。電梯到達(dá)呼叫樓層后停止的 PLC 程序如圖37。 圖 37電梯到達(dá)樓層停止程序 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 42 頁 當(dāng)電梯一直顯示向下運行，即 Y11 接通時，只有當(dāng)每層樓的向下呼叫即 Y3， Y5，Y7和該層的行程開關(guān)接通時，電梯到達(dá)各層后 R201 才 接通，否則并不接通。另外，如果電梯一直停在某一層，不顯示上升與下降，該層的上呼叫接通時 R201 也接通。 電梯的開，關(guān)門程序 電梯門的開，關(guān)注意事項前面己介紹過。以電梯的開門 Y12程序為例說明。首先，只有當(dāng)電梯既不上升也不下降時才能進(jìn)行開門，既 Y12 才能輸出。無論電梯的上升停止或下降停止，只要 R200 或 R201 有一個輸出，電梯經(jīng)過延時后都會自動開門。如果電梯停在某一層，按下該層的外部呼叫也會輸出 R200 或 R201，電梯門也會開。當(dāng)開門 Y12 輸出時，關(guān)門 Y斷開。如果關(guān)門 Y13 接通時， Y12 也應(yīng)立即斷開。 電梯開門 PLC梯形圖程序如圖 38。 圖 38電梯開關(guān)門程序 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)設(shè)計 第 43 頁 PLC 程序 ① 外部呼叫 電梯外部呼叫也類似的。一個呼叫燈的接通對應(yīng)于相應(yīng)的外部呼叫接通，其關(guān)閉條件為相應(yīng)行程開關(guān)閉合。相應(yīng)的升降指示燈閉合。另外，外部呼叫同樣有保持特性，故也應(yīng)使用保持繼電器作為輸出。需要指出的是第一，第五層的呼叫是單向的，故其關(guān)閉條件也相應(yīng)變?yōu)樾谐涕_關(guān)閉合 ” AND” 電梯升降斷開，故得程序如圖 39層以 2層為例 。 圖 392層外部呼叫程序圖 1層電梯呼叫程序如下 。